非線性光學現象只在強光下出現。宏觀上說，因為一個介質的極化強度並不是固定的，它正比於光波的電場強度E 。 當光波的電場強度可與原子內部的庫侖場相比擬時，光與介質的光與介質的相互作用將產生非線性效應。 所以在激光出現之後才能觀察到非線性光學現象。

常用的二階非線性光學晶體有磷酸二氫鉀（KDP）、磷酸二氫銨（ADP）、磷酸二氘鉀（KD*P）、鈮酸鋇鈉等等。 

光的波動只是描述光的一種宏觀效應。 光在介質中的傳播中，與介質發生相互作用，其物理機制必須在光子的層面來描述。 我們知道， 電子吸收光子的能量可以躍遷到更高能級， 降回來原來的能級的時候再發射同樣頻率的光子。頻率不變，這就是線性光學。 

光子並非傳統物質，其實光子就不是物質， 你可以把它看成一種能量。 光子的能量 E=hv，v就是光的頻率。 但能級有很多等級，在一定的條件下，顯然不一定只能回到原來的能級，可以跳到其他能級。 比如說，吸收了兩個光子的能量，如果有其他的合適的其他能級可以跳， 它也可以跳到跳到合適的其他能級，所以吸收了兩個光子，可以只發射一個光子。 頻率顯然改變了。 這就是非線性光學現象。 比如說，藍色光子的頻率是兩個紅色光子頻率之和， 吸收了兩個紅色光子， 在一定條件下，可以只發射一個藍色光子。 入射的紅光出來就變成了藍光。 

物理中很多簡單的數學公式，只不過是對物理現象的一種簡單的描述。 非線性光學並非從數學推導出來的。 當然也不可能從任何經典現象類推。 非線性光學，其實是能級量子化的結果。 或者說，是量子力學的結果。其實激光本身，就是一種宏觀量子效應。 

但是， 從更高的數學角度， 我們可以看到頻率之間有一定的數學關係。這其實正是音樂的數學原理。音樂其實就是數學和物理， 頻率之間的數學關係，這就是和聲的數學基礎。 所謂大三和弦，小三和弦，它們聽起來好聽，因為它們之間的頻率比，都滿足一定的數學關係。 不滿足的，就是雜音了。 為什麼呢？因為我們人類，是按同樣的數學關係被創造的，或者進化的。 所以這樣的和聲和我們引起了共鳴。 ：-））

 另外，福建物質所長的光學晶體非常好，又便宜。  是美國大學和廠家的主要供應商。